EP3105394B1 - Gittermast mit einer offenen fachwerkstruktur, insbesondere strom- oder telekommunikationsmast sowie verfahren zur standfestigkeitserhöhung von gittermasten mit einer offenen fachwerkstruktur - Google Patents

Gittermast mit einer offenen fachwerkstruktur, insbesondere strom- oder telekommunikationsmast sowie verfahren zur standfestigkeitserhöhung von gittermasten mit einer offenen fachwerkstruktur Download PDF

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EP3105394B1
EP3105394B1 EP15704273.0A EP15704273A EP3105394B1 EP 3105394 B1 EP3105394 B1 EP 3105394B1 EP 15704273 A EP15704273 A EP 15704273A EP 3105394 B1 EP3105394 B1 EP 3105394B1
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EP
European Patent Office
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profile
cladding
lattice mast
profiles
lattice
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Daniel Bartminn
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Innogy SE
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Publication date
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    • E04H9/14—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate against other dangerous influences, e.g. tornadoes, floods
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    • E04B2001/0053—Buildings characterised by their shape or layout grid

Definitions

  • the invention relates to a lattice mast with an open truss structure of angle profiles, in particular a power or telecommunications mast.
  • the invention further relates to a method for increasing the stability of a lattice mast with an open truss structure of angle profiles, in particular of electricity or telecommunications masts.
  • a lattice mast in the sense of the present invention, for example, a mast for receiving electrical transmission lines to understand.
  • a radio mast or antenna mast or telecommunication mast is also to be understood as a lattice mast in the sense of the present invention.
  • lattice towers with open truss structures may also be lattice towers on bridges or pylons.
  • a lattice mast in the context of the present invention may also be a mast for receiving a wind power generator.
  • the aerodynamic fairing according to the present invention is intended for open truss structures with angle profiles.
  • Angle profiles comprehensive framework structures have the advantage that they are particularly lightweight and the individual profile struts are relatively easy to connect to each other, for example, by riveting, welding or screwing.
  • Such lattice towers are usually constructed from a series of superimposed structural elements, each step forming a truss structure having three or more trapezoidal truss panels, each out consist of braced corner supports.
  • the corner supports are designed as angle profiles, these connecting struts can also be partially formed as angle profiles, in part also as tab profiles.
  • the design or dimensioning of the truss structure forming components on the one hand depends on the free buckling length of the individual elements in this prevailing tensile stress or compressive stress and on the other hand by the interaction of longitudinal forces and lateral forces, which are registered for example by wind loads in the building.
  • truss structures When constructing new truss structures, the optimal design of truss structures for expected wind load and payload is usually relatively unproblematic in terms of weight optimization.
  • existing truss structures such as existing lattice towers for electrical power lines, it may be necessary from time to time to repair and / or renew parts of the construction. This may require new proof of strength.
  • Existing systems may not meet increased stability requirements, in particular because of increased load requirements or due to expected over a longer life structural weakening.
  • the invention is further based on the object to provide a suitable method for increasing the stability of lattice towers in the sense of retrofitting. This object is achieved in particular with the features of claim 1 and with the features of claim 12. Preferred variants of the lattice towers and of the method according to the invention for Stability increase of lattice towers result from the dependent claims.
  • a lattice mast is provided with an open truss structure of angle profiles, in particular a power or telecommunications mast comprising at least one or more cladding profiles extending over at least a partial length of at least one angle profile, wherein at least one cladding profile has an inflow surface and a Flow cutoff forms a wind-exposed edge of the angle profile, wherein the inflow surface has a coefficient of flow resistance which is smaller than that of the unshaded angle profile.
  • the inflow surface is at least approximately spherically curved or has a polygonal or faceted contour, which is approximated to a spherical or elliptical arc contour.
  • "Faceted” in the sense of the invention is to be understood as meaning a polygonal surface which approximates to an arc contour.
  • an angle profile means, for example, a T-profile, L-profile, I-profile, Z-profile, U-profile, C-profile or the like.
  • the invention makes use of the fact that the wind load on a building is determined from the product of a reference pressure with a drag coefficient and the exposed surface of the building.
  • the reference pressure depends on the air density and the wind speed.
  • the flow resistance coefficient describes the characteristic of the wind flow around a structural element of the relevant truss structure, for example, an angle profile. Sharp edges of a profile tend to create turbulence and are therefore more susceptible to wind loads than faceted or rounded edges or round or tubular profiles.
  • the drag coefficient Cw (dimensionless) may be on the order of about 2.0, while for round members or, for example, spherical members as well, it may be between about 0.176 and 0.48, depending on the Reynolds number. At very large Reynolds numbers increase the resistance coefficient of a sphere, whereas at relatively low Reynolds numbers it can assume low values.
  • the invention makes use of these and per se known fluidic relationships.
  • the drag coefficient of at least some of the exposed angle profiles can be significantly reduced, thereby also significantly reducing the wind load on the structure. In the simplest case, this can be achieved, for example, by shading at least one exposed critical edge of an angle profile with a trim profile, the trim profile having a having rounded or curved inflow surface.
  • a lattice mast for example, be provided to shade all or some corner supports or corner profiles by means of appropriate trim profiles.
  • This fairing profiles for example, be attached only over part lengths of the respective angle profiles with this and shade the angle profiles each only over a partial length. It is also possible within the scope of the invention to clad only the nodes of the framework accordingly.
  • the cladding profiles along the cladded angle profile with variable cross-sections can be designed so as to prevent possible vortex excitations, or to optimize the aerodynamic damping.
  • the relevant trim profile can be arranged so that it shadows the vertex of an angle profile, which forms an isosceles triangle, for example, in cross section.
  • the construction is usually chosen so that the corner posts are formed as angle sections with substantially isosceles cross-section, with the vertices of the respective angle profiles facing outward. Cladding these vertexes results in a significant reduction in wind load.
  • the curved inflow surface of at least one trim profile is arranged symmetrically to the relevant profile edge.
  • these are designed as cup-shaped elements.
  • the at least one cladding profile has a maximum projection area which is at most 60%, preferably at most 40%, further preferably at most 20% greater than the maximum projection area of the non-clad angle profile. This ensures that the inflow area, which is included in the calculation of the wind load, is not increased compared to the unclad profile so that the advantage of the reduced drag coefficient is thereby completely consumed.
  • the diameter of the relevant cladding profile may be a maximum of 20% greater than the diagonal of an angle profile formed as a corner profile.
  • an elliptical or parabolic or asymmetrically curved inflow is to be understood.
  • a variant of the lattice mast according to the invention is characterized in that the at least one lining profile with at least one angle profile forms a structural composite.
  • the at least one trim profile can be connected, for example, by means of one or more types of fastening selected from a group comprising gluing, riveting, welding, clamping, burying, binding, screwing, stapling or foaming with at least one angle profile. Combinations of these types of attachment are also possible.
  • a trim profile can be glued to the relevant angle profile, but at the same time this can also be secured by means of clamps, bandages or the like, which span the angle profile and the trim profile, in addition.
  • the at least one trim profile supplements the angle profile to form a closed profile cross-section.
  • the trim profile closes or covers only an open side of an angle profile.
  • the cladding profile comprises a plurality of elements connected to one another via a hinge, for example a film hinge.
  • a plurality of cladding profiles form a closed or approximately closed, the angle profile at least partially enclosing profile cross-section.
  • These cladding profiles can for example be releasably connected to each other, alternatively they can be secured in this example, partially overlapping manner by means of clamping elements, the angle profile encompassing this.
  • a plurality of cladding profiles complement each other to a closed or approximately closed spherical or ellipsoidal cross-section.
  • the profile cross-section formed by one or more cladding profiles can complete the angle profile lock in.
  • This profile cross-section does not have to be symmetrical, but the cladding profiles can also form an asymmetrical ellipsoidal cross-section.
  • This can be achieved, for example, by providing two cladding profiles, which are designed as shell-shaped profile segments, with different radii of curvature, wherein a cladding profile having a first radius of curvature and a second cladding profile having a second radius of curvature complement each other to form a closed profile cross-section and enclose the angle profile, wherein the first radius of curvature is preferably smaller than the second radius of curvature and the first radius of curvature encloses the exposed and shaded edge of the angle profile.
  • the angle profile to be covered is an angle profile with two profile legs and an angle peak
  • the angle peak may be shadowed from a first trim profile having a first small radius of curvature
  • the open side of the angle profile is shadowed by a second fairing profile having a second larger radius.
  • an inflow side is defined by the first angle profile, over which an air flow is carried over the free ends of the legs of the angle profile.
  • the at least one or the trim profiles are, as mentioned, designed as a cup-shaped profile segments.
  • the shell-shaped profile segments can be arranged at a distance from the respective angle profile, for example, the shell-shaped profile segments can be mounted via webs at a distance from the angle profile.
  • the cladding profiles are back-foamed, wherein the foam simultaneously provides an adhesion to the respective angle profile.
  • the at least one or the cladding profiles can also be designed as shell-shaped profile segments whose free edges are extended by fringes, fibers or hole profiles.
  • profile legs it is possible to prevent vortex formation at the free ends of the profile legs, which also a relatively favorable aerodynamic effect is achieved.
  • a method for increasing the stability of lattice towers having an open truss structure of angle profiles, in particular power or telecommunication towers, using at least one trim profile comprising lining at least one angle profile with at least one trim profile comprising at least one trim profile at least approximately spherically curved or faceted inflow surface, such that at least one wind exposed edge of the angle profiles is shadowed by the respective trim profile, wherein the angle profile at least partially complemented or cladded to a substantially closed or approximately closed at least partially and at least approximately round or faceted profile cross-section becomes.
  • the method is preferably characterized by a subsequent upgrading of a lattice mast to an aerodynamically lined lattice mast with one of the features described above.
  • the cladding profiles in particular those which are designed as a structural composite with an angle profile, at nodes of the truss structure across the angle profiles and, or with each other positively, positively or materially connected, for example by gluing, plugging, terminals, Bolted or bolted.
  • gluing, plugging, terminals, Bolted or bolted for example by gluing, plugging, terminals, Bolted or bolted.
  • the trim profiles are preferably connected to each other and / or with the angle profiles only at the nodes of the truss structure.
  • Various variants of the aerodynamic cladding on lattice towers have been described above, wherein the previously described variants of the cladding can be used on a single lattice mast in combination.
  • the aerodynamic cladding of all profiles and profile struts of the truss structure is possible, wherein, as also indicated above, only parts of this lattice mast or even nodes of the truss can be clad accordingly.
  • the lattice mast 1 in FIG. 1 is designed as a conventional open steel framework construction with four corner posts 2, which are formed in the present case as open angle sections 3 with two equal legs 4 and an angle peak 10. Again FIG. 1 can be seen, the lattice mast takes in the field of its establishment a relatively large footprint to complete, the four corner columns 2 of the lattice mast 1 converge toward the mast top 5. In each case two corner posts 2 together with cross struts 6 trapezoidal fields of a mast step. Each mast step is described in total by four trapezoidal fields, several mast steps extend in height from the base of the lattice mast 1 to the mast top 5.
  • the individual fields of the steps of the lattice mast 1 are formed as truss structures with diagonal struts, depending on the height of the Transverse load of the lattice mast 1 as a push rods or act as tension rods.
  • the slender in the direction of the mast tip 5 shape of the lattice mast 1 is due to the expected bending stress of the lattice mast 1 due to wind load and due to the load of the lines.
  • the lines 7 are suspended in a known manner to mast brackets 8.
  • the geometry of the mast boom 8 is adjusted in a known manner the expected bending moment course due to the weight of the lines 7.
  • FIG. 2 which illustrates a first embodiment according to the invention, is a sectional view of a corner support 2 of the lattice mast 1 shown as an angle section 3 in the sense of the present application.
  • the provided on the lattice mast 1 cross struts 6, the diagonal struts provided on this and other construction elements can also be aerodynamically clad as angle profiles according to the invention.
  • a first cladding profile 9a is formed as a profile shell segment with a first radius of curvature and a second cladding profile 9b as a second profile shell segment with a second radius of curvature.
  • the first cladding profile 9a as well as the second cladding profile 9b may, for example, be in the form of plastic shells which can be glued, screwed, riveted, stapled or otherwise connected to the angle profile 3.
  • the first trim profile 9a is formed as a curved profile shell with a first smaller radius of curvature
  • the second trim profile 9b is also formed as a curved profile shell with a second larger radius of curvature.
  • Both cladding profiles 9a and 9b completely enclose the angle profile and form a closed, asymmetrically ellipsoidal cross-section.
  • the first cladding profile 9a forms an inflow surface, which shadows and surrounds the angle vertex 10 of the symmetrically formed angle profile 3.
  • the first cladding profile 9a is connected to the latter in the region of the ends of the legs 4 of the symmetrical angle profile 3, or attached to the latter.
  • the second cladding profile 9b which disguises and shadows the open angle of the angle profile 3 opposite the angle vertex 10, has a relatively larger radius of curvature and is likewise fastened in the region of the ends of the legs 4 of the angle profile 3.
  • the first cladding profile 9a is accordingly arranged symmetrically with respect to the apex angle 10 and forms the windward side of the airfoil, whereas the second cladding profile 9b forms the lee side
  • the total of the angle profile 3 enclosing cladding is closed, but the invention is to be understood that the Profile surface does not have to be completely closed, but this can be formed only partially closed on the lee side (second trim profile 9b).
  • the maximum diameter of the first cladding profile 9a and thus the entire clad profile cross-section by a factor of 1.2 greater than a diagonal, which connects the ends of the legs 4 of the angle section 3.
  • the projecting area of the fully clad angle profile 3 is greater by a factor of 1.2 than the projected area of the non-clad angle profile 3.
  • the aerodynamic fairing also a first cladding profile 9a and a second cladding profile 9b are provided, which are each formed as solid profiles, which are also connected to the legs 4 of the angle section 3 positively or cohesively.
  • the cladding profiles 9a, 9b complete the symmetrical angle profile 3 to form an asymmetrical elliptical profile approximating a round cross-section.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gittermast mit einer offenen Fachwerkstruktur aus Winkelprofilen, insbesondere einen Strom- oder Telekommunikationsmast.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Standfestigkeitserhöhung an einem Gittermast mit einer offenen Fachwerkstruktur aus Winkelprofilen, insbesondere von Strom- oder Telekommunikationsmasten.
  • Unter einem Gittermast im Sinne der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein Mast zur Aufnahme elektrischer Überlandleitungen zu verstehen. Ein Funkmast oder Antennenmast bzw. Telekommunikationsmast ist ebenfalls als Gittermast im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Gittermasten mit offenen Fachwerkstrukturen können allerdings auch Gittermasten an Brücken oder Pylonen sein. Schließlich kann ein Gittermast im Sinne der vorliegenden Erfindung auch ein Mast zur Aufnahme eines Windkraftgenerators sein.
  • Unter einer offenen Fachwerkstruktur im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Fachwerkstruktur zu verstehen, deren Streben nicht mit Ausfachungen versehen sind und die nicht dauerhaft bewohnt ist oder Wohnzwecken dient.
  • Die aerodynamische Verkleidung gemäß der vorliegenden Erfindung ist für offene Fachwerkstrukturen mit Winkelprofilen vorgesehen.
  • Winkelprofile umfassende Fachwerkstrukturen besitzen den Vorzug, dass sie besonders leichtgewichtig sind und die einzelnen Profilstreben verhältnismäßig leicht aneinander anschließbar sind, beispielsweise durch Nieten, Schweißen oder Verschrauben.
  • Solche Gittermasten sind üblicherweise aus einer Reihe von übereinander angeordneten Strukturelementen aufgebaut, wobei jede Stufe eine Fachwerkstruktur bildet, die drei oder mehr trapezförmige Fachwerkfelder aufweist, die jeweils aus miteinander verstrebten Eckstützen bestehen. Die Eckstützen sind als Winkelprofile ausgebildet, die diese verbindenden Streben können ebenfalls teilweise als Winkelprofile, teilweise auch als Laschenprofile ausgebildet sein.
  • Die Gestaltung solcher Fachwerkstrukturen ordnet sich in der Regel den Anforderungen an die Traglast und an die auf das Bauwerk einwirkende Windlast unter.
  • Die Bemessung beziehungsweise Dimensionierung der die Fachwerkstruktur bildenden Bauelemente ist einerseits von der freien Knicklänge der einzelnen Elemente, der in diesen herrschenden Zugspannung oder Druckspannung und andererseits von dem Zusammenwirken von Längskräften und seitlichen Kräften abhängig, die beispielsweise durch Windlasten in das Bauwerk eingetragen werden.
  • Zur Stabilisierung von Gitterbauwerken oder Fachwerkstrukturen dieser Art sind zahlreiche Verstrebungssysteme bekannt, die hinsichtlich der Anordnung der Fachwerksstreben und im Hinblick auf das Gesamtgewicht der Gitterstruktur optimiert sind. Ein solches System ist beispielsweise in der GB 675,859 A beschrieben.
  • Bei der Erstellung von neuen Fachwerkstrukturen ist in der Regel die optimale Auslegung der Fachwerkstrukturen für eine zu erwartende Windlast und Traglast in Bezug auf eine Gewichtsoptimierung verhältnismäßig unproblematisch. Bei bestehenden Fachwerkstrukturen, beispielsweise bei bestehenden Gittermasten für elektrische Überlandleitungen, ist es von Zeit zu Zeit gegebenenfalls erforderlich, Teile der Konstruktion auszubessern und/oder zu erneuern. Dies erfordert unter Umständen neue Standfestigkeitsnachweise. Bestehende Anlagen erfüllen erhöhte Standfestigkeitsanforderungen unter Umständen nicht, insbesondere auch wegen erhöhter Lastanforderungen oder wegen einer über eine längere Standzeit zu erwartenden Strukturschwächung.
  • In solchen Fällen ist gegebenenfalls eine aufwendige Abspannung erforderlich.
  • Aus der DE 1 509 022 US ist eine Krankonstruktion bekannt, die sich dadurch auszeichnet, dass diese zumindest zum Teil durch strömungsgünstige, drehbar gelagerte Hohlprofile verkleidet ist, welche sich auf die jeweilige Anströmrichtung des Windes einstellen.
  • Aus der DE 87 00 379.1 ist die Stütze eines Freileitungsmastes bekannt, die im Fußbereich eine Schutzummantelung aus Beton aufweist.
    Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften JP 2002 276 200 A uns CN102155106 A bekannt.
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gittermast bereitzustellen, der eine Gestaltung aufweist, die verhältnismäßig einfach im Wege der nachträglichen Ertüchtigung herstellbar ist.
  • Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren zur Standfestigkeitserhöhung von Gittermasten im Sinne einer nachträglichen Ertüchtigung bereitzustellen.
    Diese Aufgabe wird insbesondere gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
    Bevorzugte Varianten der Gittermasten sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
    Standfestigkeitserhöhung von Gittermasten ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Gittermast mit einer offenen Fachwerkstruktur aus Winkelprofilen vorgesehen, insbesondere ein Strom- oder Telekommunikationsmast, umfassend wenigstens eine oder mehrere Verkleidungsprofile, die sich über wenigstens eine Teillänge wenigstens eines Winkelprofils erstrecken, wobei wenigstens ein Verkleidungsprofil eine Anströmfläche aufweist und eine Strömungsabschaltung einer windexponierten Kante des Winkelprofils bildet, wobei die Anströmfläche einen Strömungswiderstandsbeiwert aufweist, der kleiner als derjenige des nicht abgeschatteten Winkelprofils ist.
  • Vorzugsweise ist die Anströmfläche wenigstens annähernd sphärisch gekrümmt oder weist eine vieleckige oder facettierte Kontur auf, die einer sphärischen oder elliptischen Bogenkontur angenähert ist. Unter "facettiert" im Sinne der Erfindung ist eine vieleckige Oberfläche zu verstehen, die an eine Bogenkontur angenähert ist.
  • Unter einem Winkelprofil im Sinne der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein T-Profil, L-Profil, I-Profil, Z-Profil, U-Profil, C-Profil oder dergleichen zu verstehen.
  • Die Erfindung macht sich dem Umstand zunutze, dass die Windlast auf ein Bauwerk aus dem Produkt eines Referenzdruck mit einem Strömungswiderstandsbeiwert und der exponierten Oberfläche des Bauwerks ermittelt wird. Der Referenzdruck ist abhängig von der Luftdichte und der Windgeschwindigkeit. Der Strömungswiderstandsbeiwert beschreibt dabei die Charakteristik der Windströmung um ein Strukturelement der betreffenden Fachwerkstruktur, beispielsweise um ein Winkelprofil. Scharfe Kanten eines Profils neigen zur Erzeugung von Turbulenzen und sind daher anfälliger für Windlasten als facettierte oder verrundete Kanten oder runde- beziehungsweise rohrförmige Profile. Ein Achteck weißt beispielsweise einen Strömungswiderstandsbeiwert von Cw= 1,3 gegenüber einem Strömungswiderstandsbeiwert von Cw= 2,0 für scharfkantige Winkelprofile auf.
  • Wird die Strömungsgeschwindigkeit eines anfänglich laminar strömenden Fluids erhöht, ändert sich die Charakteristik der Strömung von laminar zu indifferent und dann zu instabil, so dass die anfänglich geordnete Strömung in einen welligen Zustand übergeht. Dadurch erhöht sich der Strömungswiderstandsbeiwert signifikant. An scharfen Profilkanten kann der Strömungswiderstandsbeiwert Cw (dimensionslos) eine Größenordnung von etwa 2,0 annehmen, während dieser für runde Elemente oder beispielsweise auch für kugelförmige Elemente etwa zwischen 0,176 und 0,48 beträgt, in Abhängigkeit von der Reynoldszahl. Bei sehr großen Reynoldszahlen steigt der Widerstandsbeiwert einer Kugel an, wohingegen er bei verhältnismäßig kleinen Reynoldszahlen geringe Werte annehmen kann.
  • Die Erfindung macht sich diese an und für sich bekannten strömungsmechanischen Zusammenhänge zunutze. Durch das Bereitstellen eines entsprechend verkleideten Gittermastes kann der Strömungswiderstandsbeiwert zumindest einiger der exponierten Winkelprofile signifikant herabgesetzt werden, wodurch sich die Windlast auf das Bauwerk ebenfalls signifikant reduziert. Im einfachsten Fall kann das beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zumindest eine exponierte kritische Kante eines Winkelprofils mit einem Verkleidungsprofil abgeschattet wird, wobei das Verkleidungsprofil eine
    verrundete oder gekrümmte Anströmfläche aufweist. Bei einem Gittermast kann beispielsweise vorgesehen sein, alle oder einige Eckstützen oder Eckprofile mittels entsprechender Verkleidungsprofile abzuschatten. Diese Verkleidungsprofile können beispielsweise nur über Teillängen der betreffenden Winkelprofile mit diesem befestigt sein und die Winkelprofile jeweils nur über eine Teillänge abschatten. Ebenso ist es im Rahmen der Erfindung möglich, nur die Knotenpunkte des Fachwerks entsprechend zu verkleiden.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die Verkleidungsprofile entlang des zu verkleideten Winkelprofils mit variablen Querschnitten ausgeführt sein, um so mögliche Wirbelanregungen zu verhindern, beziehungsweise die aerodynamische Dämpfung zu optimieren.
  • Bei einer Gittermaststruktur kann beispielsweise das betreffende Verkleidungsprofil so angeordnet sein, dass es den Scheitelpunkt eines Winkelprofils, das beispielsweise im Querschnitt ein gleichschenkliges Dreieck bildet, abschattet.
  • Bei einer Gittermaststruktur mit drei oder vier Eckstützen ist die Konstruktion in der Regel so gewählt, dass die Eckstützen als Winkelprofile mit im Wesentlichen gleichschenkligem Querschnitt ausgebildet sind, wobei die Scheitelpunkte der betreffenden Winkelprofile nach außen weisen. Durch Verkleidung dieser Scheitelpunkte wird eine wesentliche Reduzierung der Windlast erzielt.
  • Zweckmäßigerweise ist die gekrümmte Anströmfläche wenigstens eines Verkleidungsprofils symmetrisch zu der betreffenden Profilkante angeordnet.
    Als Verkleidungsprofil kommen insbesondere leichtgewichtige Kunststoff-Aluminium- oder Stahlprofile in Betracht, diese sind als schalenförmige Elemente ausgebildet. Bei einer bevorzugten Variante des Gittermastes gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil eine maximale Projektionsfläche aufweist, die höchstens 60 % , bevorzugt höchstens 40 %, weiterhin bevorzugt höchstens 20 % größer als die maximale Projektionsfläche des nicht verkleideten Winkelprofils ist. Dadurch wird sicher gestellt, dass die Anströmfläche, die in die Berechnung der Windlast eingeht, gegenüber dem unverkleideten Profil nicht so erhöht wird, dass der Vorteil des reduzierten Strömungswiderstandsbeiwerts hierdurch vollständig aufgezehrt wird.
    Beispielsweise bei einem Verkleidungsprofil mit einer etwa kreisbogenförmigen Anströmfläche kann der Durchmesser des betreffenden Verkleidungsprofils maximal 20 % größer als die Diagonale eines als Eckprofil ausgebildeten Winkelprofils sein.
    Unter einer annähernd sphärisch gekrümmten Anströmfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist auch eine elliptische oder parabelförmige oder asymmetrisch gekrümmte Anströmfläche zu verstehen.
    Eine Variante des Gittermastes gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil mit wenigstens einem Winkelprofil einen Strukturverbund bildet.
  • Unter einem Strukturverbund im Sinne der vorliegenden Erfindung ist zu verstehen, dass das Verkleidungsprofil und das betreffende Winkelprofil sich zu einem Last aufnehmenden, tragenden Bauteil ergänzen.
  • Das wenigstens eine Verkleidungsprofil kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer Befestigungsarten ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Kleben, Nieten, Schweißen, Klemmen, Kletten, Binden, Schrauben, Heften oder Schäumen mit wenigstens einem Winkelprofil verbunden sein. Kombinationen dieser Befestigungsarten sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann ein Verkleidungsprofil mit dem betreffenden Winkelprofil verklebt sein, gleichzeitig kann dieses aber auch mittels Schellen, Bandagen oder dergleichen, die das Winkelprofil und das Verkleidungsprofil umspannen, zusätzlich befestigt sein.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil das Winkelprofil zu einem geschlossenen Profilquerschnitt ergänzt. Darunter kann beispielsweise zu verstehen sein, dass das Verkleidungsprofil nur eine offene Seite eines Winkelprofils verschließt oder abdeckt.
  • Anstelle einer Ergänzung des Winkelprofils zu einem geschlossenen Profilquerschnitt kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Verkleidungsprofil das Winkelprofil teilweise oder auch vollständig umschließt und einen geschlossenen oder annähernd geschlossenen Profilquerschnitt bildet. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Verkleidungsprofil mehrere über einen Scharnier, beispielsweise ein Filmscharnier miteinander verbundene Elemente umfasst.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass mehrere Verkleidungsprofile einen geschlossenen oder annähernd geschlossenen, das Winkelprofil wenigstens teilweise umschließenden Profilquerschnitt bilden. Diese Verkleidungsprofile können beispielsweise lösbar miteinander verbunden sein, alternativ können diese in beispielsweise sich teilweise überlappender Art und Weise mittels Spannelementen das Winkelprofil umgreifend an diesem befestigt sein. Bei einer bevorzugten und vorteilhaften Variante der Verkleidung ist vorgesehen, dass mehrere Verkleidungsprofile sich zu einem geschlossenen oder annähernd geschlossenen sphärischen oder ellipsoiden-Querschnitt ergänzen. Der von einem oder mehreren Verkleidungsprofilen gebildete Profilquerschnitt kann das Winkelprofil vollständig einschließen. Dieser Profilquerschnitt muss nicht symmetrisch ausgebildet sein, vielmehr können die Verkleidungsprofile auch einen unsymmetrisch ellipsoiden-Querschnitt bilden.
    Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei Verkleidungsprofile, die als schalenförmige Profilsegmente ausgebildet sind, mit unterschiedlichen Krümmungsradien vorgesehen sind, wobei ein Verkleidungsprofil mit einem ersten Krümmungsradius und ein zweites Verkleidungsprofil mit einem zweiten Krümmungsradius sich zu einem geschlossenen Profilquerschnitt ergänzen und das Winkelprofil einschließen, wobei der erste Krümmungsradius vorzugsweise kleiner als der zweite Krümmungsradius ist und der erste Krümmungsradius die exponierte und abzuschattende Kante des Winkelprofils umschließt.
    Wenn das zu verkleidende Winkelprofil beispielsweise ein Winkelprofil mit zwei Profilschenkeln und einem Winkelscheitel ist, kann der Winkelscheitel von einem ersten Verkleidungsprofil mit einem ersten kleinen Krümmungsradius abgeschattet sein, wohingegen die offene Seite des Winkelprofils von einem zweiten Verkleidungsprofil mit einem zweiten größeren Radius abgeschattet ist. Auf diese Art und Weise wird durch das erste Winkelprofil eine Anströmseite definiert, über welche eine Luftströmung über die freien Enden der Schenkel des Winkelprofils hinausgetragen wird.
    Das wenigstens eine oder die Verkleidungsprofile sind wie erwähnt, als schalenförmige Profilsegmente ausgebildet. Die schalenförmigen Profilsegmente können mit Abstand zu dem betreffenden Winkelprofil angeordnet sein, beispielsweise können die schalenförmigen Profilsegmente über Stege auf Abstand zu dem Winkelprofil montiert sein.
  • Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verkleidungsprofile hinterschäumt sind, wobei der Schaum gleichzeitig eine Haftvermittlung zu dem betreffenden Winkelprofil bereitstellt.
  • Das wenigstens eine oder die Verkleidungsprofile können auch als schalenförmige Profilsegmente ausgebildet sein, deren freie Kanten durch Fransen, Fasern oder Lochprofile verlängert sind. Insbesondere durch eine solche Ausbildung von Profilschenkeln ist es möglich, eine Wirbelbildung an den freien Enden der Profilschenkel zu unterbinden, wodurch ebenfalls ein verhältnismäßig günstiger aerodynamischer Effekt erzielt wird.
    Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Standfestigkeitserhöhung von Gittermasten mit einer offenen Fachwerkstruktur aus Winkelprofilen, insbesondere von Strom- oder Telekommunikationsmasten unter Verwendung wenigstens eines Verkleidungsprofils vorgesehen, wobei das Verfahren die Verkleidung wenigstens eines Winkelprofils mit wenigstens einem Verkleidungsprofil umfasst, das wenigstens eine wenigstens annähernd sphärisch gekrümmte oder facettierte Anströmfläche aufweist, derart, dass wenigstens eine windexponierte Kante der Winkelprofile von dem betreffenden Verkleidungsprofil abgeschattet wird, wobei das Winkelprofil wenigstens teilweise zu einem im Wesentlichen geschlossenen oder annähernd geschlossen wenigstens teilweise und wenigstens annäherungsweise runden oder facettierten Profilquerschnitt ergänzt oder verkleidet wird.
    Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise durch eine nachträgliche Ertüchtigung eines Gittermastes zu einem aerodynamisch verkleideten Gittermast mit einem der vorstehend beschriebenen Merkmale aus.
  • In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verkleidungsprofile, insbesondere solche, die als Strukturverbund mit einem Winkelprofil ausgeführt sind, an Knotenpunkten der Fachwerkstruktur übergreifend an den Winkelprofilen und, oder miteinander kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch Kleben, Stecken, Klemmen, Verbolzen oder Verschrauben. Auf diese Art und Weise kann durch ein Exoskelett aus den Verkleidungsprofilen die gesamte Tragfunktion der ursprünglichen Fachwerkstruktur ersetzt werden.
  • Bei einer solchen Variante des Verfahrens werden die Verkleidungsprofile vorzugsweise nur an den Knotenpunkten der Fachwerkstruktur miteinander und/oder mit den Winkelprofilen verbunden.
    Vorstehend wurden verschiedene Varianten der aerodynamischen Verkleidung an Gittermasten beschrieben, wobei die zuvor beschriebenen Varianten der Verkleidung an einem einzigen Gittermast in Kombination Anwendung finden können.
    Im Rahmen der Erfindung ist die aerodynamische Verkleidung aller Profile und Profilstreben der Fachwerkstruktur möglich, wobei, wie ebenfalls vorstehend angedeutet wurde auch nur Teile dieses Gittermastes oder auch nur Knoten des Fachwerks entsprechend verkleidet sein können.
  • Die Verkleidungsprofile können sowohl als einzelne Profilschalensegmente oder aus mehreren untrennbar miteinander verbundenen Profilsegmenten gebildet werden.
    Das Verfahren umfasst vorzugsweise die Befestigung der Verkleidungsprofile an dem Gittermast mit einer Fachwerkstruktur mit Hilfe wenigstens eines Kletterroboters. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
    Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Gittermastes als Überlandleitungsmast zur Aufnahme von elektrischen Überlandleitungen,
    Figur 2
    einen Querschnitt durch eine Eckstütze des in Figur 1 dargestellten Gittermastes mit einer aerodynamischen Verkleidung gemäß der Erfindung nach einer ersten Variante und
    Figur 3
    einen Schnitt durch eine Eckstütze des in Figur 1 dargestellten Gittermastes mit einer aerodynamischen Verkleidung
  • Der Gittermast 1 in Figur 1 ist als herkömmlicher offener Stahlfachwerkkonstruktion mit vier Eckstützen 2 ausgebildet, die im vorliegenden Fall als offene Winkelprofile 3 mit zwei gleichlangen Schenkeln 4 und einem Winkelscheitel 10 ausgebildet sind.
    Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, nimmt der Gittermast im Bereich seiner Aufstellung eine verhältnismäßig große Aufstellfläche in Anspruch, die vier Eckstützen 2 des Gittermastes 1 konvergieren in Richtung auf die Mastspitze 5. Jeweils zwei Eckstützen 2 bilden zusammen mit Querstreben 6 trapezförmige Felder einer Maststufe. Jede Maststufe wird insgesamt durch vier trapezförmige Felder beschrieben, mehrere Maststufen erstrecken sich der Höhe nach von der Basis des Gittermastes 1 zu dessen Mastspitze 5. Die einzelnen Felder der Stufen des Gittermastes 1 sind als Fachwerkstrukturen mit diagonal verlaufenden Streben ausgebildet, die je nach Höhe der Querbelastung des Gittermastes 1 als Druckstäbe oder als Zugstäbe wirken. Die sich in Richtung auf die Mastspitze 5 verschlankende Form des Gittermastes 1 ist der erwartenden Biegebeanspruchung des Gittemastes 1 aufgrund von Windlast und aufgrund der Traglast der Leitungen geschuldet. Die Leitungen 7 sind in bekannter Art und Weise an Mastauslegern 8 aufgehängt. Die Geometrie der Mastausleger 8 ist in bekannter Art und Weise dem erwartenden Biegemomentverlauf bedingt durch die Gewichtskraft der Leitungen 7 angepasst.
    In Figur 2, die ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung veranschaulicht, ist eine Schnittansicht einer Eckstütze 2 des Gittermastes 1 als Winkelprofil 3im Sinne der vorliegenden Anmeldung gezeigt.
  • Die an dem Gittermast 1 vorgesehenen Querstreben 6, die an diesem vorgesehenen Diagonalstreben und andere Konstruktionselemente können ebenfalls als Winkelprofile im Sinne der Erfindung entsprechend aerodynamisch verkleidet sein.
  • An der Eckstütze 2 sind als aerodynamische Verkleidung zwei Verkleidungsprofile befestigt, von denen ein erstes Verkleidungsprofil 9a als Profilschalensegment mit einem ersten Krümmungsradius und ein zweites Verkleidungsprofil 9b als zweites Profilschalensegment mit einem zweiten Krümmungsradius ausgebildet ist.
  • Das erste Verkleidungsprofil 9a solche als auch das zweite Verkleidungsprofil 9b können beispielsweise in Form von Kunststoffschalen ausgebildet sein, die mit dem Winkelprofil 3 verklebt, verschraubt, vernietet, geheftet oder in anderer Art und Weise verbunden sein können. Das erste Verkleidungsprofil 9a ist als gekrümmte Profilschale mit einem ersten kleineren Krümmungsradius ausgebildet, wohingegen das zweite Verkleidungsprofil 9b ebenfalls als gekrümmte Profilschale mit einem zweiten größerem Krümmungsradius ausgebildet ist. Beide Verkleidungsprofile 9a und 9b umschließen das Winkelprofil vollständig und bilden einen geschlossen, unsymmetrisch ellepsoiden-Querschnitt.
  • Das erste Verkleidungsprofil 9a bildet eine Anströmfläche, die den Winkelscheitel 10 des symmetrisch ausgebildeten Winkelprofils 3 abschattet und umgibt. Das erste Verkleidungsprofil 9a ist im Bereich der Enden der Schenkel 4 des symmetrischen Winkelprofils 3 an letzteres angeschlossen, beziehungsweise an letzterem befestigt. Das zweite Verkleidungsprofil 9b, das die dem Winkelscheitel 10 gegenüberliegende offene Seite des Winkelprofils 3 verkleidet und abschattet, besitzt ein verhältnismäßig größeren Krümmungsradius und ist ebenfalls im Bereich der Enden der Schenkel 4 des Winkelprofils 3 an diesem befestigt.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in erster Linie eine Strömungsabschattung des Winkelscheitels 10 vorgesehen, das erste Verkleidungsprofil 9a ist demgemäß bezüglich des Winkelscheitels 10 symmetrisch angeordnet und bildet die Luvseite des Strömungsprofils, wohingegen das zweite Verkleidungsprofil 9b die Leeseite bildet
  • In der Zeichnung ist die insgesamt das Winkelprofil 3 umschließende Verkleidung geschlossen ausgebildet, die Erfindung ist allerdings so zu verstehen, dass die Profilfläche nicht vollständig geschlossen sein muss, vielmehr kann diese auch auf der Leeseite (zweites Verkleidungsprofil 9b) nur teilweise geschlossen ausgebildet sein.
    Wie insbesondere auch der Abbildung in Figur 2 zu entnehmen ist, ist der maximale Durchmesser des ersten Verkleidungsprofils 9a und damit des gesamten verkleideten Profilquerschnitts um den Faktor 1,2 größer als eine Diagonale, die die Enden der Schenkel 4 des Winkelprofils 3 verbindet. Mit anderen Worten die projizierende Fläche des vollständig verkleideten Winkelprofils 3 ist um den Faktor 1,2 größer als die projizierte Fläche des nicht verkleideten Winkelprofils 3.
  • Bei der in Figur 3 der aerodynamischen Verkleidung sind ebenfalls ein erstes Verkleidungsprofil 9a und ein zweites Verkleidungsprofil 9b vorgesehen, die jeweils als Vollprofile ausgebildet sind, weiche ebenfalls mit den Schenkeln 4 des Winkelprofils 3 formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind. Die Verkleidungsprofile 9a, 9b ergänzen das symmetrische Winkelprofil 3 zu einem unsymmetrisch elliptischen, einem runden Querschnitt angenäherten Profil.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gittermast
    2
    Eckstützen
    3
    Winkelprofile
    4
    Schenkel
    5
    Mastspitze
    6
    Querstreben
    7
    Leitungen
    8
    Mastausleger
    9a
    erstes Verkleidungsprofil
    9b
    zweites Verkleidungsprofil
    10
    Winkelscheitel

Claims (13)

  1. Gittermast (1) mit einer offenen Fachwerkstruktur aus Winkelprofilen (3), insbesondere Strom- oder Telekommunikationsmast, umfassend wenigstens eine oder mehrere Verkleidungsprofile (9a, 9b) die sich über wenigstens eine Teillänge wenigstens eines Winkelprofils (3) erstrecken, wobei wenigstens ein Verkleidungsprofil (9a, 9b) eine Anströmfläche aufweist und eine Strömungsabschattung einer windexponierten Kante des Winkelprofils (3) bildet, wobei die Anströmfläche einen Strömungswiderstandsbeiwert aufweist, der kleiner als derjenige des nicht abgeschatteten Winkelprofils (3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil (9a,9b) als schalenförmiges Profilsegment ausgebildet ist, das hinterschäumt ist.
  2. Gittermast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmfläche wenigstens annähernd sphärisch gekrümmt ist oder eine vieleckige Kontur aufweist, die einer sphärischen oder elliptischen Bogenkontur wenigstens angenähert ist.
  3. Gittermast nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Anströmfläche des wenigstens einen Verkleidungsprofils (9a, 9b) symmetrisch zu der Kante angeordnet ist.
  4. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil (9a, 9b) eine maximale Projektionsfläche aufweist, die höchstens 60 %, vorzugsweise höchstens 40 %, weiterhin besonders bevorzugt höchstens 20 % größer als die maximale Projektionsfläche des nicht verkleideten Winkelprofils (3) ist.
  5. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil (9a, 9b) mit wenigstens einem Winkelprofil (3) einen Strukturverbund bildet.
  6. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil (9a, 9b) mittels einer oder mehrerer Befestigungsarten ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Kleben, Nieten, Schweißen, Klemmen, Kletten, Binden, Schrauben, Heften oder Schäumen an wenigstens einem Winkelprofil (3) befestigt ist.
  7. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verkleidungsprofile (9a, 9b) über Knoten einer Fachwerkstruktur hinweg miteinander und/oder mit wenigstens einem Winkelprofil (3) des Fachwerks einen Strukturverbund bildend verbunden sind.
  8. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verkleidungsprofil (9a, 9b) das Winkelprofil (3) zu einem geschlossenen Profilquerschnitt ergänzt.
  9. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verkleidungsprofile (9a, 9b) einen geschlossenen oder annähernd geschlossenen, das Winkelprofil wenigstens teilweise einschließenden Profilquerschnitt bilden.
  10. Gittermast nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verkleidungsprofile (9a, 9b) sich zu einem geschlossenen oder annähernd geschlossenen sphärischen oder elliptischen Querschnitt ergänzen.
  11. Gittermast nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein schalenförmiges Profilsegment Profilschenkel umfasst, wobei wenigstens ein freies Ende wenigstens eines Profilschenkels ausgefranst ist oder Bänder oder Löcher oder wenigstens ein zusätzliches Lochprofil aufweist, welche den Strömungswiderstand herabsetzen und/oder die aerodynamische Dämpfung erhöhen.
  12. Verfahren zur Standfestigkeitserhöhung von Gittermasten mit einer offenen Fachwerkstrukturaus Winkelprofilen (3), insbesondere von Strom- oder Telekommunikationsmasten unter Verwendung wenigstens eines Verkleidungsprofils (9a, 9b) umfassend die Verkleidung wenigstens eines der Winkelprofile mit dem wenigsten einen Verkleidungsprofil, das wenigstens eine wenigstens annähernd sphärisch gekrümmte Anströmfläche aufweist, derart, dass wenigstens eine windexponierte Kante der Winkelprofile von dem Verkleidungsprofil abgeschattet wird, und dass das Winkelprofil wenigstens teilweise zu einem im Wesentlichen geschlossenen oder annähernd geschlossenen, wenigstens teilweise runden oder facettierte Profilquerschnitt ergänzt oder verkleidet wird, gekennzeichnet durch eine nachträgliche Ertüchtigung des Gittermastes zu einem Gittermast, bei welchem das wenigstens eine Verkleidungsprofil (9a, 9b) als schalenförmiges Profilsegment ausgebildet ist, weiches hinterschäumt ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine nachträgliche Ertüchtigung des Gittermastes zu einem aerodynamisch verkleideten Gittermast gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
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